Выбор параметров термообработки

Выбор температуры закалки углеродистых сталей определяется положением точек А₃ для доэвтектоидных (конструкционных) сталей и А₁ для эвтектоидных и заэвтектоидных (инструментальных) сталей с небольшим перегревом на 30-50 С. Время нагрева должно быть таким, чтобы деталь прогрелась к закалке или другой термообработке. При выборе режима термообработки необходимо учитывать химическое воздействие среды с учетом физикохимических свойств обрабатываемого сплава, чтобы не было обезуглероживания поверхностного слоя, окисления, азотирования и т.д.

Очень важным этапом является выбор закалочной среды, чтобы обеспечить необходимую скорость охлаждения с учетом ее закалочной способности. Закалочной средой могут быть: вода (холодная, теплая, горячая), масло (холодное, теплое), растворы солей (NaCl, NaOH), расплавы солей, холод с температурой до минус 100 С, воздух (спокойный, вентиляторный).

Типичные структуры мартенсита показаны на рисунке 44. Оптимальный интервал закалочных температур углеродистых сталей изображен на рисунке 45.

 

а б в

 

а – доэвтектойдная; б – эвтектойдная; в – заэвтектойдная

 

Рисунок 44 – Типичные структуры мартенсита в высокоуглеродистых сталях

 

Рисунок 45 – Оптимальный интервал закалочных температур углеродистой стали

 

При закалке сплавов необходимо учитывать прокаливаемость и закаливаемость. Прокаливаемость – это способность закаливаться на максимальную глубину, закаливаемость – на максимальную твердость. Эти параметры связаны между собой и зависят от физикохимических свойств сплава, температуры нагрева, скорости охлаждения, химсостава. Все элементы таблицы Менделеева замедляют процесс распада аустенита в перлит (кроме C) и сдвигают С – диаграмму вправо, т.е. увеличивают прокаливаемость. На рисунке 46 изображена схема, показывающая различную скорость охлаждения по сечению и в связи с этим несквозную прокаливаемость.

 

Рисунок 46 – Схема, показывающая различную скорость охлаждения по сечению и в связи с этим несквозную прокаливаемость

 

На рисунке 47 изображена схема, показывающая влияние глубины закалки на механические свойства закаленной и отпущенной стали. Прокаленная зона заштрихована. При легировании сплавов закаливаемость увеличивается.

 

 

 

Рисунок 47 – Схема, показывающая влияние глубины закалки на механические свойства закаленной и отпущенной стали (заштрихована прокаленная зона)

 

 

Для каждой марки углеродистой и легированной стали существует критический диаметр образца, прокаливаемого насквозь в определенных охладителях.

По справочникам, ГОСТам, технической литературе конструктор, технолог должен уметь подобрать марку стали, сплава для изготовления детали с заданными свойствами.

Следует всегда помнить, что структуры (отпущенный мартенсит, бейнит, тростит, сорбит, перлит), полученные отпуском мартенсита всегда имеют мельче зерно и, следовательно, выше механические свойства чем те же структуры, полученные из аустенита при разных скоростях охлаждения.

При закалке в деталях всегда образуются внутренние напряжения первого и второго рода, которые могут достигать критических величин с появлением нежелательных закалочных трещин.

Напряжения первого рода – это зональные, крупные напряжения термического характера (неравномерность нагрева и охлаждения, несовершенство конструкции), которые вызывают коробление, трещины. Если металл пластичен, прочен, то этих дефектов не образуется.

Напряжения второго рода возникают внутри зерна и межзеренном пространстве из-за структурных напряжений (аустенит имеет плотность большую, чем мартенсит).

Остаточные напряжения после отпуска практически всегда остаются в деталях. Их тем меньше, чем выше температура отпуска.

Способы закалки выбираются с учетом физико-химических свойств сплава, размеров и конструкции деталей, свойств продукции:

- закалка в одном охладителе;

- прерывистая закалка в 2-3 охладителях;

- струйная (спреерная) закалка;

- закалка с самоотпуском;

- ступенчатая закалка с охлаждением в теплом масле, солянных ваннах;

- изотермическая закалка, когда охлаждение детали происходит при определенной температуре до полного превращения аустенита в мартенсит; о

- бработка стали «холодом» до минус 100 С с целью уменьшения количества остаточного аустенита, так как Мн (начало мартенситного превращения) у многих сталей (особенно легированных) расположена в зоне отрицательных температур.

 

Поверхностная закалка стали

Назначение поверхностной закалки – повышение твердости и износостойкости поверхности, предела выносливости. При этом сердцевина становится вязкой, и изделие воспринимает ударные нагрузки и изгибающие моменты. На рисунке 48 показана поверхностная закалка детали с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Охлаждение происходит водой, подающейся из спрейера под большим давлением. Спрейер – душевое устройство. Таким путем закаливают валки холодной прокатки, оси, инструменты, пальцы. Структура поверхности при таком виде закалки – мартенсит отпуска.

 

а б в

1 – закаливаемая деталь; 2 – индуктор; 3 – кольцо с отверстиями для воды;

а – исходное положение; б – нагрев; в – закалка

 

Рисунок 48 – Закалка цилиндрической детали с нагревом токами частоты